(57)【要約】  【課題】  パイプの加工時の強度を向上して、加工時に割れが発生しにくい中空状動力伝達シャフトを提供することを目的とする。【解決手段】  鋼材から形成されたパイプＰに焼準処理を施すことにより、素材としての加工性を向上させて均一な強度を得ることができ、そのため、スプライン加工や転造加工時に割れが発生し難くできる。【選択図】図１
2006083963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材から形成されたパイプに塑性加工を施して所要の形状に成形した中空状動力伝達シャフトであって、前記塑性加工前のパイプに熱処理として焼準処理が行われていることを特徴とする中空状動力伝達シャフト。
【請求項２】
前記塑性加工として、パイプにスウェージング加工が施されていることを特徴とする請求項１記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項３】
前記塑性加工として、パイプに転造加工が施されていることを特徴とする請求項１記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項４】
前記塑性加工として，パイプにスウェージング加工の後に転造加工が施されていることを特徴とする請求項１記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項５】
鋼材から形成されたパイプをスウェージング加工により所要の形状に成形し、その両端に転造加工によりスプラインを形成した中空状動力伝達シャフトであって、前記スウェージング加工および転造加工が行われる前のパイプに熱処理として焼準処理が行われていることを特徴とする中空状動力伝達シャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、等速自在継手等に連結される中空状動力伝達シャフトに関するものである。本発明の中空状動力伝達シャフトは、例えば、自動車の動力伝達系を構成するドライブシャフト（駆動軸）やプロペラシャフト（推進軸）に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車の動力伝達系において、減速装置（ディファレンシャル）から駆動輪に動力を伝達する動力伝達シャフトは、ドライブシャフト（駆動軸）と呼ばれることがある。特にＦＦ車に使用されるドライブシャフトでは、前輪操舵時に大きな作動角と等速性が要求され、また、懸架装置との関係で軸方向の変位を吸収する機能が要求されるので、その一端部をダブルオフセット型等速自在継手やトリポード型等速自在継手等の摺動型等速自在継手を介して減速装置側に連結し、その他端部をバーフィールド型等速自在継手（ゼッパジョイントと呼ばれることもある。）等の固定側等速自在継手を介して駆動輪側に連結する機構が多く採用されている。
【０００３】
上記のようなドライブシャフトとしては、従来より、中実シャフトが多く使用されているが、自動車の軽量化、ドライブシャフトの剛性増大による機能向上、曲げ一次固有振動数のチューニング最適化による車室内の静粛性向上等の観点から、ドライブシャフトを中空シャフト化する要求が増えてきている。
【０００４】
また、この種の中空シャフトでは、パイプをスウェージング加工により絞って中間を大径部、両端に小径部を形成し、この小径部の端部外周に転造加工によりスプラインを形成している（特許文献１）。
【特許文献１】特開平１１−１０１２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来中空状動力伝達シャフトの素材として用いるパイプは、鋼材からパイプを形成した後、応力除去や軟化のため熱処理として焼鈍を行い、その後、スウェージング加工や転造加工を行っていた。
【０００６】
しかし、熱処理としての焼鈍を施したパイプは強度が比較的弱く、スウェージング加工時に強度不足になるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、パイプの加工時の強度を向上した中空状動力伝達シャフトを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明の中空状動力伝達シャフトは、塑性加工前のパイプに熱処理として焼準処理が行われていることを特徴とするもので、このことによりパイプは鋼の持っている強くて粘い性質により強度が増しているので、その後の塑性加工の際に強度アップになる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、素材となるパイプに熱処理として焼準処理を施したものを用いるので、塑性加工時、転造加工時のパイプの強度不足を防止し，材料を無駄にするような作業を排除できる。また、熱処理を焼鈍で行ったものに比べて扁平強度が増すため、より高炭素鋼での成形が可能となり、シャフト強度の向上が図れる。これにより、中空状動力伝達シャフトを薄肉化または小径化して、軽量、コンパクト化を図ることができると同時にコストダウンを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、中空状の動力伝達シャフト１と、動力伝達シャフト１の一端部に連結された摺動型等速自在継手２と、動力伝達シャフト１の他端部に連結された固定型等速自在継手３とを備えた自動車の動力伝達機構を示している。
【００１２】
この実施形態の動力伝達機構において、摺動型等速自在継手２は減速装置（ディファレンシャル）に連結され、固定型等速自在継手３は駆動輪側に連結される。動力伝達シャフト１の一端部は摺動型等速自在継手２のトリポード部材２ａにスプライン連結され、摺動型等速自在継手２の外輪２ｂの端部外周と動力伝達シャフト１の外周にブーツ２ｃがそれぞれ固定されている。
【００１３】
また、動力伝達シャフト１の他端部は固定型等速自在継手３の内輪３ａにスプライン連結され、固定型等速自在継手３の外輪３ｂの端部外周と動力伝達シャフト１の外周にブーツ３ｃがそれぞれ固定されている。
【００１４】
尚、同図には、摺動型等速自在継手２としてトリポード型等速自在継手が例示され、固定型等速自在継手３としてバーフィールド型等速自在継手が例示されているが、他の型式の等速自在継手が用いられる場合もある。
【００１５】
図２は、動力伝達シャフト（ドライブシャフト）１を示している。この動力伝達シャフト１は、軸方向全域に亘って中空状をなし、軸方向中間部に大径部１ａ、大径部１ａよりも軸方向両側部にそれぞれ小径部１ｂを有している。大径部１ａと小径部１ｂとは、軸端側に向かって漸次縮径したテーパ部１ｃを介して連続している。小径部１ｂは、等速自在継手（２、３）との連結に供される端部側の外周に形成された連結部１ｄ（本発明の連結要素）と、ブーツ（２ｃ、３ｃ）が固定される軸方向中間部側のブーツ固定部１ｅとを有している。
【００１６】
連結部１ｄには、等速自在継手（２、３）にスプライン連結されるスプライン１ｄ１と、等速自在継手（２、３）に対する軸方向抜け止め用の止め輪を装着するための止め輪溝１ｄ２が形成されている。ブーツ固定部１ｅには、ブーツ（２ｃ、３ｃ）の小径端部の内周を嵌合するための嵌合溝１ｅ１が形成されている。
【００１７】
また、この動力伝達シャフト１は、止め輪溝１ｄ２の近傍から軸端に至る一部領域を除く、軸方向のほぼ全域に亘って、焼入れ処理による硬化層を有している。この硬化層は、外周表面から所定深さの領域又は全深さの領域に形成されている。
【００１８】
前記動力伝達シャフト１は、鋼材から形成された中空パイプＰ（図３の直管）に、パイプＰに対して鋼の持っている強くて粘い性質を引き出すため、熱処理として焼準を行っている。
【００１９】
パイプＰを形成する鋼材としては、構造用炭素鋼鋼管（ＳＴＫＭ）等が主に使用される。この鋼材は、Ｃが０．３０ｗｔ％以上で０．４５ｗｔ％以下、Ｓｉが０．０５ｗｔ％以上で０．３５ｗｔ％以下、Ｍｎが１．０ｗｔ％以上で２．０ｗｔ％以下、Ａｌが０．０５ｗｔ％以下、Ｓが０．０１ｗｔ％以下で含有して残部がＦｅおよび不可避不純物を有する材料を使用できる。
【００２０】
ここで、中空状動力伝達シャフト１における捩り疲労強度に対して硬さが大きな要因となっていることは一般的に知られており、硬さは鋼材の成分にも大きく左右される。つまり、焼入れ後の硬さを決める元素はＣであるが、深さ方向の焼入れ後の硬さを決めるには、その他の元素（例えば、Ｓｉ、Ｍｎ等）が有効に作用する点でこれら成分を調整する必要がある。
【００２１】
Ｃは、中空状動力伝達シャフト１の捩り疲労強度を確保するために必要な元素であり、所定の熱処理後の硬さを得るためには、０．３０ｗｔ％以上必要である。また、０．４５ｗｔ％を超えた場合は、鋼材の硬さが増加しすぎて加工性を低下させる点でこれを上限とする。
【００２２】
Ｓｉは、鋼材の脱酸剤として若干量だけ必要であるとともに、鋼材の高周波焼入れ性を確保するためにも必要な元素であり、その含有量が０．０５ｗｔ％未満ではこの効果が小さい。また、０．３５ｗｔ％を超えて添加すると、加工性が著しく低下するのでこれを上限とする。
【００２３】
Ｍｎは、鋼材の高周波焼入れ性を高く確保するためには１．０ｗｔ％以上の添加量が必要である。しかしながら、２．０ｗｔ％を超えて添加すると、加工性が著しく低下するのでこれを上限とする。
【００２４】
Ａｌは、鋼材の脱酸剤として添加するものであり、鋼材の清浄度を害さないために低減することが望ましく、０．０５ｗｔ％を上限とする。
【００２５】
また、Ｓは、冷間加工時の変形能を低下させ、０．０１ｗｔ％を超えると変形能の低下が著しくなることから、０．０１ｗｔ％を上限とする。
【００２６】
なお、鋼材の高周波焼入れ性を補うために、Ｃｒが０．１ｗｔ％以上で０．３５ｗｔ％以下、Ｂが０．０００５ｗｔ％以上で０．００５ｗｔ％以下で含有させてもよい。ＣｒとＢの両者は、少なくともいずれか一方を含有させればよい。Ｃｒは、その含有量が０．１ｗｔ％未満であると、鋼材の高周波焼入れ性を補う効果が小さく、また、０．３５ｗｔ％を超えて添加すると、鋼材のコストアップを招来する。また、Ｂは、その含有量が０．０００５ｗｔ％未満であると、鋼材の高周波焼入れ性を補う効果が小さく、０．００５ｗｔ％を超えて添加しても高周波焼入れ性の効果は変わらない。
【００２７】
また、高周波焼入れ、焼戻し処理の後に、中空状動力伝達シャフト１の全周にショットピーニング処理を施してもよい。動力伝達シャフト１の表面部の残留圧縮応力を増加させることによって捩り疲労強度をより一層向上させることができる。ここで、前記ショットピーニング処理とは、一般的に小さな鋼粒を圧縮空気または遠心力で金属表面にたたきつけて表面の応力を均一化することである。
【００２８】
そして、上記焼準処理がされたパイプＰに、塑性加工としてスウェージング加工を施して軸方向中間部に大径部１ａ、軸方向両側部に小径部１ｂを成形し、小径部１ｂの両端外周に転造加工を施してスプライン１ｄ１を成形加工している。焼準処理が施されたパイプＰは、鋼の持っている強くて粘い性質が引き出されているので、スウェージング加工時や転造加工またはスウェージング加工後の転造加工時にパイプの強度不足が発生しにくくなる。
【００２９】
このスウェージング加工時の割れ、転造加工時の扁平強度は、以下のようになった。
【００３０】
１) 減面率４０％のスウェージング加工した場合の割れ発生の有無
【表１】
2006083963.tif 000003
【００３１】
２)外形＝２５ｍｍ  内径＝８．６ｍｍ  長さ＝２０ｍｍを変形させたときの初期亀裂が発生するトルク
【表２】
2006083963.tif 000004
【００３２】
表１、表２に示すように、焼準処理を施したパイプＰは、焼鈍処理を施したパイプに比べて強くて粘い性質を有するので、加工時に均一の加工強度が得られ、パイプに強度不足が発生し難いものである。したがって、材料を無駄に使うことが無く資源の有効活用が図れる。
【００３３】
また、焼準処理を施したパイプＰは、強くて粘い性質により扁平強度が増すため、より高炭素鋼での成形が可能となり、シャフト強度の向上が図れる。この強度が向上すれば薄肉化または小外径化ができるようになり、軽量化並びにコストダウンとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】自動車の動力伝達機構を示す図である。
【図２】中空状動力伝達シャフトを示す一部断面図である。
【図３】パイプの断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１      動力伝達シャフト
１ｄ    連結部
１ｄ１  スプライン
Ｐ      パイプ
【図１】
2006083963.tif 000005
【図２】
2006083963.tif 000006
【図３】
2006083963.tif 000007